1ª Lei da termodinâmica

1ª Lei da termodinâmica

Energia interna

A energia interna de um objeto representa as diversas formas que os átomos e as moléculas desse objeto possuem. De modo geral, quando estudamos um objeto, sua energia interna “U”, nada mais é do que a energia total presente em seu interior.

Quando um sistema vai de um estado inicial i, à um estado f, significa que ele trocou energia com a vizinhança, consequentemente, sua energia sofre variações, ou seja, a energia interna varia de: U=Uf-Ui.

A primeira lei

Consideramos um sistema, como o gás da figura abaixo, fornecemos uma quantidade de calor Q = 100 J. Naturalmente, essa energia é acrescentada ao interior do sistema e tende a provocar um aumento na sua energia interna. Entretanto, suponha que o sistema tenha se expandido, provocando um trabalho de T = 30 J sobre a vizinhança, esse trabalho terá usado parte da energia interna do sistema, que portanto, tende a decrescer 30 J. Assim, a energia tende a crescer 100 J e decrescer 30 J, sendo observada uma variação (U), da energia interna do sistema, cujo valor é: U=100 J-30 J , U=70  J

Generalizando, se um sistema absorve um calor Q, e realiza um trabalho T, o princípio de conservação de energia nos permite concluir que ele sofrerá uma variação (U), dada por:

U=Q-T

Essa equação é valida até mesmo para situações onde o sistema cede calor a vizinhança, porém, o calor (Q), deverá ser negativo, pois ele perde energia.

Ela é válida ainda, quando é realizado um trabalho sobre o sistema, porém, nesses casos, o trabalho (T) deverá ser negativo.

Aplicações

Transformação adiabática

Se um gás está dentro de um cilindro, cujas suas paredes são feitas de um material que é isolante térmico, ele não poderá ceder e nem receber calor da vizinhança. Uma transformação como essa, onde o sistema não troca calor com a vizinhança (Q = 0), é chamada de transformação adiabática.

Quando um gás sofre uma compressão, ou expansão, muito rápida, ela é considerada também como uma transformação adiabática, mesmo que o material que o envolve não seja isolante., Realmente, se a transformação for muito rápida, a energia que o gás recebeu é muito pequena, portanto, podemos considerar Q = 0.

Aplicando a lei da termodinâmica, temos U=Q-t, com Q = 0, temos: U=-t ou seja, a variação de energia no sistema é igual ao trabalho negativo, ou seja, o trabalho realizado causou uma perda de energia no sistema.

Um exemplo de transformação adiabática por “velocidade”, soprando na sua mão com a boca aberta, e com a sua boca quase fechada, no segundo caso, o ar estará mais frio, pois o gás sofre uma expansão rápida, ao sair da boca quase fechada

Figura: Quando o gás se expande adiabaticamente, ele realiza trabalho, mas não libera nem recebe calor.